<B>Procédé de</B> fabrication <B>d'acide</B> phosphorique <B>en</B> cristaux, pur <B>et anhydre,</B> <B>et</B> installation <B>pour la</B> mise <B>en</B> aeuvre <B>de ce procédé</B> Jusqu'à maintenant l'acide phosphorique cristallisé titrant au moins 98 % de H3p04 n'a été qu'un produit de laboratoire coûteux à préparer et difficile à obtenir en
quantités industrielles. Or, de nombreuses industries ont un très grand intérêt à pouvoir disposer, en quantité importante, d'acide phosphorique en cristaux, pur et anhydre (c'est-à-dire titrant au moins 98 % de H3p04), à un prix rentable pour leurs fabrications.
Parmi ces industries on peut entre autres citer celles s'occupant du polissage de l'aluminium et des métaux non ferreux, de la synthèse de composés organi ques, de la fabrication de phosphates desti nés à l'alimentation, de la préparation de mé dicaments (esters phosphoriques), etc.
Les procédés actuels de fabrication indus trielle de l'acide phosphorique donnent des produits où l'acide phosphorique est en so lution dans l'eau. La concentration courante en H3P04 de ces produits varie de 75 à 84 %. Pour obtenir des concentrations plus élevées la méthode de concentration employée en gé néral, qui consiste à dissoudre du P205 dans ces solutions d'acide, donne des mélanges d'acides phosphorique, pyrophosphorique, mé- taphosphorique dont la composition exacte n'est pas constante et que l'on ne peut plus appeler acide phosphorique;
ce sont des mé lasses très consistantes, difficiles à manipu- ler que l'on dénomme par des appellations comme acide superphosphorique p, tétra- phosphorique b, etc...
L'acide phosphorique cristallisé ne peut pas être extrait de ces acides sans frais sup plémentaires élevés.
Si l'industrie n'a pu jusqu'à présent être approvisionnée en acide phosphorique prati quement anhydre à un prix restant intéres sant, cela est dû au manque d'un procédé éco nomique permettant de produire industrielle ment l'acide phosphorique cristallisé, titrant 98 Vo au moins.
La présente invention remédie à cette ca rence. Elle comprend un procédé de fabrica tion d'acide phosphorique en cristaux, pur et anhydre, à partir de solutions aqueuses de cet acide, et une installation pour la mise en aeuvre de ce procédé.
Ce procédé consiste à évaporer superficiel lement une solution aqueuse d'acide phospho rique de départ en chauffant cette solution alors qu'elle se trouve sous forme d'une nappe liquide, jusqu'à obtention d'une masse titrant au moins 68 % de P205, puis à faire cristal- liser cette masse par refroidissement.
Il est caractérisé en ce que l'on effectue ledit chauf fage en surface, au moyen de rayons infra rouges, la solution soumise à l'évaporation contenant un agent oxydant. On a en effet constaté que la formation d'acide pyrophosphorique et/ou polyphospho- rique, lors de la concentration de la solution de départ, est entravée lorsque cette solu tion renferme un agent oxydant.
L'adjonction d'un agent oxydant à la solution de départ est donc très avantageuse car d'une part elle diminue la quantité d'acide polyphosphorique qui se forme par déshydratation et d'autre part, elle permet de conduire l'évaporation à une température plus élevée ; l'élévation de température étant toutefois limitée par l'uti lisation d'infrarouges. L'agent oxydant, qui peut avantageusement être en partie ou en totalité volatil, a encore l'avantage, le cas échéant, de détruire tout ou partie des im puretés oxydables que peut renfermer la so lution de départ.
Cet agent oxydant peut par exemple être un chlorate, de l'eau oxygénée, un permanganate, un perphosphate, un com posé obtenu par oxydation anodique de la solution de départ.
Le dernier avantage mentionné est tout particulièrement appréciable lorsqu'il s'agit de concentrer des solutions renfermant des ma tières organiques qui se carbonisent au cours de la concentration, jusqu'à donner avec l'acide un jus goudronneux noir. Il faut donc détruire ces matières organiques sans introduire dans l'acide une impureté gênante. L'addition de chlorate de soude par exemple permet d'éli miner complètement les matières organiques qui sont oxydées, alors que le chlorate est ré duit et s'élimine en partie sous forme de chlore et d'acide chlorydrique et en partie avec les eaux-mères.
Un agent oxydant est avantageusement ajouté à la solution de départ, avant l'évapo ration en surface de celle-ci, plusieurs heures, voire plusieurs jours à l'avance. Il a ainsi le temps d'agir et d'éviter la formation, au cours de la concentration subséquente, d'acides poly- phosphoriques dont la stabilité est telle que pour les détruire, il faut diluer fortement les solutions qui en contiennent et les laisser re poser plusieurs semaines.
Les cristaux formés par refroidissement peuvent avantageusement être débarrassés de leur eau-mère par essorage. Il est à noter que la séparation par essorage des cristaux de leur eau-mère entraîne une purification, en sorte que les solutions de départ ne doivent pas né cessairement être pures ; elles peuvent très bien être impures. En outre, la concentration de celles-ci peut varier dans de grandes limi tes. Il en résulte que le procédé de l'inven tion est très souple et peut s'appliquer aux produits des diverses fabrications industrielles de l'acide phosphorique.
L'acide phosphorique obtenu, qui titre au moins 98 0/0, est cristallisé, donc pur et sous forme solide, ce que l'industrie ne connaissait pas encore. Sous cette forme, l'acide phospho rique ne contient pratiquement plus d'eau, il est à sa concentration maximum, ce qui ouvre de nouvelles possibilités d'emploi. On peut par exemple, citer les bains de polissage où l'on était obligé de mélanger de l'oléum aux solu tions d'H3P0., pour les désydrater.
De plus, un produit cristallisé et ne fon dant qu'au-dessus de 40,, C est de manipula tion facile<B>;</B> il peut être emballé dans des sacs en papier avec un revêtement intérieur en matière plastique, les frais de transport sont réduits au minimum ;l'emploi des bonbonnes de verre, toujours délicates et encombrantes, est supprimé.
Lorsque l'on concentre des solutions d'acide phosphorique, l'évaporation de l'eau doit se faire à basse température, si l'on veut éviter une déshydratation en acide pyro - ou métaphosphorique. Il s'ensuit que cette opéra tion ne peut pas se faire par les moyens ordi naires de chauffage.
Le chauffage de la solution de départ est réalisé à la surface de celle-ci et alors qu'elle se trouve sous forme d'une nappe, on provo que ainsi une évaporation superficielle de la solution évitant ladite déshydratation. Sous l'action des radiations infrarouges on ob tient une concentration poussée de la solution, laquelle devient alors une masse pouvant titrer jusqu'à 71 % de P.05.
Une fois la cristallisation réalisée, il faut pouvoir éliminer les eaux-mères du magna cristallin. Comme ces eaux-mères sont très sirupeuses (indice de viscosité cinématique 600 centistokes) il est indiqué que les cristaux d'acide atteignent au moins 1 mm et avanta geusement dépassent 2 mm de longueur, sans quoi l'essorage devient difficile, voire impos sible. Cette condition peut être réalisée en pratiquant la cristallisation dans un cristalli- soir muni d'un agitateur dont la vitesse cir- conférentielle ne dépasse pas 1 à 2 cm/sec.
Si la vitesse est plus élevée, les cristaux se brisent et l'essorage ne peut pas être suffisam ment poussé.
Une fois essorés, les cristaux se conservent à l'abri de l'humidité sans subir de transfor mation ; ils peuvent être mis en sac ; ils cons tituent un produit industriel de grande utilité.
L'acide cristallisé obtenu titre au moins 98 % de H;PO4, le solde étant essentielle- ment de l'eau à raison de 1,5 % au maximum, les impuretés éventuelles Na_,O et K,
O repré- sentant ensemble au maximum 1 %.
Le rendement du procédé de l'invention, c'est-à-dire la quantité d'acide phosphorique récupérée dans le produit final cristallisé par rapport à celle contenue dans la solution de départ, varie de 60 à 95 %. Ce rendement est principalement influencé par la pureté de la solution de départ en ce sens que plus cette dernière est pure, plus le rendement est élevé,
car la quantité d'eau-mère nécessaire à l'élimi nation des impuretés diminue en fonction de la teneur en impuretés de la solution de dé part.
L'installation, qui permet la réalisation du procédé de la présente invention, est caracté risée en ce qu'elle comporte un appareil éva porateur constitué d'au moins un bac surmon té d'une source de radiations infrarouges, un dispositif cristalliseur muni de moyens de ré frigération et une essoreuse.
Il peut être avantageux que ledit bac et la source de radiations infrarouges soient enfer més dans un caisson à dépression, car ainsi l'évaporation superficielle de la solution de départ, peut être réalisée à une pression in férieure à la pression atmosphérique.
La figure unique du dessin annexé re- présente schématiquement, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation ci-des sus définie, vue en élévation et avec parties en coupe.
Cette installation va être décrite ci-après, tout en suivant les différents stades du procé dé de l'invention et en décrivant en même temps celui-ci.
Un réservoir 1 contient la solution d'acide phosphorique de départ. On ajoute à cette so lution un agent oxydant, de préférence volatil. La solution est alors prête à concentration et on la laisse s'écouler par des conduits 2 dans des appareils d'évaporation dont deux sont représentés au dessin et fonctionnent en paral lèle.
Ces appareils sont constitués chacun par deux bacs 3 et 4 surmontés chacun d'un cais son à dépression 5 et respectivement 6, dans lesquels sont disposés des émetteurs 7 de ra diations infrarouges. Les deux caissons 5 et 6 sont reliés à un ventilateur d'aspiration (non représenté) par les tubes 8 et 9 et le conduit 10. Les bacs 3 et 4 font suite l'un à l'autre, la solution de départ arrivant dans le bac 3 puis s'écoulant dans le bac 4 par le conduit 11. Les bacs sont isolés thermiquement à leur ex térieur par un revêtement 12. La solution qui s'écoule en eux est chauffée par le rayonne ment des émetteurs 7 tout en se trouvant sous pression réduite. L'eau ainsi évaporée est as pirée par le conduit 10.
L'acide se concentre ainsi sans formation d'acides pyrophosphori- que et métaphosphorique. Cette formation est en outre empêchée par la présence de l'agent oxydant, lequel oxyde également les impuretés oxydables que peut renfermer la solution de départ.
La solution est traitée dans les appareils d'évaporation jusqu'à ce qu'elle titre au moins 68 % de P,O,;. Elle s'écoule alors par les con- duits 13 et 14 dans un échangeur de chaleur 15 où elle est partiellement refroidie. De là on la dirige sur un dispositif cristalliseur 16.
C'est dans ce dernier que s'élaborent les cris taux par un refroidissement judicieux de la masse au moyen d'un manteau à circulation d'eau 17. Ce dispositif est muni d'un agitateur 18 de forme spécialement étudiée pour éviter de briser les cristaux et dont la vitesse ne dépasse pas 2 cm/sec. Grâce à cet ensemble, les cris taux atteignent au moins 1 mm dans leur plus grande dimension.
Le magna de cristaux ainsi obtenu est éva cué du dispositif cristalliseur (par pression d'air) et est introduit au moyen des conduits 19 dans une essoreuse centrifuge 20. Les eaux mères sont ainsi éliminées du produit 21 qui est alors ensaché sous forme cristalline.
Voici un exemple numérique d'une opéra tion exécutée conformément à l'invention, dans l'installation qui vient d'être décrite On part de 10 000 kg d'acide phosphori que technique à environ 75 0/0 H3P04 conte nant entre autres des impuretés telles que K@O -f- Nal0:2 à 3 /o, <I>Fe</I> -I- <I>A1:0,2</I> %<I>,</I> Ca <I>:</I> 0,2 à 0,3 0/0, S04: 0,3 0/0,<B><I>Cl:</I></B> 0,1 à 0,2 0/0, F : 0,2 à 0,3 0/0.
On ajoute à cet acide alors qu'il se trouve dans le réservoir 1, dix litres d'une solution de NaCl03 à 50 0/0, on agite et on laisse reposer 4 à 5 jours. On con duit ensuite cet acide dans les appareils éva porateurs qui sont équipés d'un chauffage d'une puissance de 15 kw. Dans le premier bac 3 la température d'évaporation ne dépasse pas 1000 C ;
on élimine à cette température le 80 % d'eau à évaporer. Dans le dernier bac 4 la température est supérieure à 100o C afin d'obtenir l'élimination des derniers 20 % d'eau à évaporer.
La vitesse de circulation est réglée de façon telle que la concentration de l'acide soit portée à 98 0/0 H3P04, à la sortie des ap pareils évaporateurs. L'acide est alors refroidi à 50o dans le réfrigérateur 15. Dans le cristal- lisoir 16 il est ensemencé et cristallisé par re froidissement à 180 - 201). L'opération de cris tallisation dure 6 heures environ. L'essoreuse 20 est en matériel résistant chimiquement, avec un diamètre de 120 cm et tourne à 900 tours/minute.
L'essorage est terminé après 20 à 30 mi nutes et il ne reste plus qu'à recueillir les cris taux 21. On recueille 5,250 kg de ceux-ci, ce qui représente un rendement de 70 % par rapport au H3p04 contenu dans la solution de départ.
L'acide cristallisé obtenu répond à l'analyse suivante
EMI0004.0044
H3P04 <SEP> 98 <SEP> à <SEP> 99 <SEP> 0/0
<tb> Fe <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,03 <SEP> 0/0
<tb> Al <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,01 <SEP> 0/0
<tb> CaO <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,1 <SEP> 0/0
<tb> Cl <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,000 <SEP> 0/0
<tb> F <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,000 <SEP> 0/0
<tb> So4 <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,05 <SEP> 0/0
<tb> Na2O <SEP> -V- <SEP> K20 <SEP> <B><I>0,5-1,0</I></B> <SEP> 0/0
<tb> As <SEP> 0,1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> partie <SEP> par <SEP> million